高速公路连接道工程-南泉立交匝道预制钢箱梁桥梁结构计算书

渝黔复线南泉立交钢箱梁计算书设计概况渝黔复线南泉立交匝道一共包含9联钢箱梁，各钢箱梁基本参数如下表：钢箱梁参数表匝道位置跨径组合(m)梁高(m)桥宽(m)是否固接南泉立交匝道C线桥第三联2×472.27.8中间固接南泉立交匝道E线桥第一联45+50+502.28.8~101#墩固接第二联2×351.68.8不固接南泉立交匝道F线2号桥第二联2×44210中间固接匝道H线桥第六联43+452.111.3中间固接南泉立交匝道I线桥第三联40.5+48.5+422.211.3固接第一个第四联30+38+301.811.3固接第二个匝道J线桥第一联41.5+44+41.52变宽固接第二个匝道B线桥第一联45简支2.110.3/采用规范（1）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）（3）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）（4）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）（5）《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）（6）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）（7）《钢结构工程施工质量及验收规范》（GB50205-2001）（8）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）（9）《钢结构设计规范》（GB50017-2017）主要材料及力学参数Q345qD：弹性模量E=2.1×105MPa剪切模量G=0.81×105MPa抗拉、抗压及抗弯强度设计值：270MPa抗剪强度设计值：155MPa计算荷载取值（1）结构设计安全等级：一级（2）永久作用自重：实际结构建立计算模型，由程序自动计算，材料容重取78.5kN/m3；横隔板：按照箱梁实际尺寸取值；二期：10cm混凝土铺装层+8cm沥青混凝土铺装，根据实际桥宽取值；防撞护栏：15.76kN/m；（3）可变作用1）汽车荷载效应车道荷载：城-A级；冲击系数：根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)取值计算。2）整体温度作用按结构整体升温25℃、降温25℃计算。3）梯度温度作用温度梯度根据英国规范BS5400取值计算。梯度模式如下图所示：钢箱梁计算C匝道桥第三联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为2×47m连续钢箱梁结构，梁高2.2米，采用单箱双室箱形截面，桥梁宽度7.8米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。C匝道第三联钢箱梁有限元计算模型C匝道第三联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-86.7MPa，最大拉应力106.9MPa；下缘最大压应力-145.66MPa，最大拉应力112.8MPa。主梁最大剪应力56.9MPa。Q34 5qD钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为145.66MPa，考虑增大系数后为218.5MPa，小于Q345钢材的强度设计设计值270MPa；最大剪应力为46MPa，考虑增大系数后为85.4MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算汽车活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度29.9mm，挠度跨度比为29.9/47000=1/1572。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。E匝道桥第一联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为40m+50m+50m连续钢箱梁结构，梁高2.2米，采用单箱双室箱形截面，桥梁宽度8.8～10米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如下图所示。E匝道桥第一联钢箱梁有限元计算模型E匝道桥第一联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-87MPa，最大拉应力94.7MPa；下缘最大压应力-118.8MPa，最大拉应力119MPa。主梁最大剪应力60.2MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为119MPa，考虑增大系数后为178.5MPa，小于Q345钢材的强度设计设计值270MPa；最大剪应力为60.2MPa，考虑增大系数后为90.3MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算汽车活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度15.8mm，挠度跨度比为15.8/35000=1/2215。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。E匝道桥第二联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为2×35m连续钢箱梁结构，梁高1.6米，采用单箱双室箱形截面，桥梁宽度8.8米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。E匝道桥第二联钢箱梁有限元计算模型E匝道桥第二联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-63.4MPa，最大拉应力80MPa；下缘最大压应力-106.7MPa，最大拉应力87MPa。主梁最大剪应力56.5MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为106.7MPa，考虑增大系数后为160MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为56.5MPa，考虑增大系数后为84.75MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)挠度验算汽车活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度30.2mm，挠度跨度比为30.2/50000=1/1656。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。F匝道2#桥第二联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为2×44m连续钢箱梁结构，梁高2米，采用单箱三室箱形截面，桥梁宽度8.8米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。F匝道2#桥第二联钢箱梁有限元计算模型F匝道2#桥第二联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-75.4MPa，最大拉应力99.2MPa；下缘最大压应力-126MPa，最大拉应力90.4MPa。主梁最大剪应力64.4MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为126MPa，考虑增大系数后为189MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为64.4MPa，考虑增大系数后为96.6MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算汽车活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度21mm，挠度跨度比为21/44000=1/2095。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。H匝道桥第六联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为43+45m连续钢箱梁结构，梁高2.1米，采用单箱三室 箱形截面，桥梁宽度11.3米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。H匝道桥第六联钢箱梁有限元计算模型H匝道桥第六联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道及人群荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道及人群荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-75.2MPa，最大拉应力96.5MPa；下缘最大压应力-115MPa，最大拉应力85.7MPa。主梁最大剪应力68.8MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为115MPa，考虑增大系数后为172.5MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为64.4MPa，考虑增大系数后为103.2MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，活载作用下单梁计算最大挠度16.8mm，挠度跨度比为16.8/45000=1/2679。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。I匝道桥第三联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为40.5+48.5+42m连续钢箱梁结构，梁高2.2米，采用单箱三室 箱形截面，桥梁宽度11.3米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。I匝道桥第三联钢箱梁有限元计算模型I匝道桥第三联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道及人群荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道及人群荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-66MPa，最大拉应力89.6MPa；下缘最大压应力-99.3MPa，最大拉应力73.2MPa。主梁最大剪应力63.8MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为99.3MPa，考虑增大系数后为149MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为63.8MPa，考虑增大系数后为95.7MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，活载作用下单梁计算最大挠度15.5mm，挠度跨度比为15.5/48500=1/3129。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。I匝道桥第四联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为30+38+30m连续钢箱梁结构，梁高1.8米，采用单箱三室 箱形截面，桥梁宽度11.3米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如图所示。I匝道桥第四联钢箱梁有限元计算模型I匝道桥第四联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道及人群荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道及人群荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-50MPa，最大拉应力70.6MPa；下缘最大压应力-77.2MPa，最大拉应力66MPa。主梁最大剪应力62.8MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为77.2MPa，考虑增大系数后为116MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为62.8MPa，考虑增大系数后为94.2MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，活载作用下单 梁计算最大挠度10.45mm，挠度跨度比为10.45/38000=1/3636。规范容许挠度跨度比为L/500，故主梁刚度满足规范要求。J匝道桥第一联钢箱梁计算计算模型采用大型有限元分析软件MidasCivil2018。上部结构为41.5+42.5+41.5m连续钢箱梁结构，梁高2米，采用单箱三室 箱形截面，桥梁宽度9.038~10米，采用三维梁单元建立单梁模型，其有限元模型如 图所示。J匝道桥第一联钢箱梁有限元计算模型I匝道桥第三联箱梁标准横断面（单位mm）结构成桥内力图成桥阶段恒载主梁内力图成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位：kN-m)成桥阶段主梁剪力图(单位：kN)活载作用下主梁内力图车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位：kN-m)车道荷载作用主梁剪力包络图(单位：kN)基本组合作用下主梁内力图基本组合弯矩包络图(单位：kN-m)基本组合剪力包络图(单位：kN)结构成桥应力验算成桥阶段主梁正应力验算主梁上缘正应力图（包络）(单位：MPa)主梁下缘正应力图（包络）(单位：MPa)成桥阶段主梁剪应力验算主梁剪应力图（包络）(单位：MPa)由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-79.5MPa，最大拉应力96.9MPa；下缘最大压应力-105.8MPa，最大拉应力96MPa。主梁最大剪应力56.2MPa。Q345钢的正应力强度设计值270MPa，剪应力强度设计值155MPa。主梁强度满足规范要求。根据已有的相关计算研究表明，曲线钢箱梁在考虑箱梁约束扭转畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应以及结构三个基本体系应力叠加的影响后，其截面应力较按三维梁单元模型的计算应力提高20%到30%。本次计算综合考虑箱梁曲率半径、桥面横坡、桥梁宽跨比等各种因素，可按三维梁单元模型计算应力增大50%，以考虑畸变应力、薄壁箱梁剪力滞效应、以及正交异性桥面板二三体系应力与第一体系应力叠加的影响。本次三维梁单元计算模型的截面最大正应力为105.8MPa，考虑增大系数后为158.7MPa，小于Q345钢材的强度设计值270MPa；最大剪应力为56.2MPa，考虑增大系数后为84.3MPa，小于Q345钢材的强度设计值155MPa。满足规范要求。结构抗倾覆稳定性验算作用基本组合下，支座最小反力如下图所示：基本组合下主梁最小支反力（包络）(单位：kN)由于结构中间墩为墩梁固结形式，且最小支座反力均为正值，桥梁抗倾覆稳定性满足设计要求。挠度验算汽车活载作用下主梁最大挠度图(单位：mm)由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度19.4mm，挠度跨度比为19.4/42500=1/2191。规范容许挠度跨度比为L/